Tensão de Passo

         

Figura 1 - Exemplo de uma Descarga Atmosférica

    Caros leitores!

   Hoje irei falar-vos sobre um fenómeno bastante interessante que está intimamente relacionado com as descargas atmosféricas, a chamada Tensão de Passo. Para uma melhor compreensão acerca desta temática, irei aprofundar alguns conceitos fundamentais nomeadamente:

      Aquando da ocorrência de uma descarga atmosférica, verifica-se o escoamento de corrente elétrica para o solo, originando simultaneamente uma elevação do potencial em torno do elétrodo de aterramento (que será tanto maior quanto maior a intensidade da descarga), mas também um gradiente de queda de tensão cujo ponto máximo está junto ao elétrodo e o ponto mínimo o mais afastado dele, podendo constituir um risco não só para os indivíduos mas para qualquer animal, que no preciso momento da descarga da corrente elétrica contacte com um objeto ligado à terra ou esteja nas proximidades do mesmo. 1

     De uma forma geral, a Tensão de Passo pode ser definida como a diferença de potencial entre dois pontos à superfície do solo, separados por uma distância de um passo, que se assume ser de 1 metro, na direção do gradiente de potencial máximo cujo ponto máximo está junto ao elétrodo de terra e o ponto mínimo o mais afastado dele. Assim sendo, é possível afirmar que a Tensão de Passo se refere à tensão entre os pés do ser vivo, ou seja, um passo do mesmo com os pés separados (1 metro), desta forma o mesmo fica com os pés em linhas equipotenciais diferentes provocando passagem de corrente elétrica pelo corpo.

Figura 2 - Ilustração da Tensão de Passo no ser vivo

     No entanto, as descargas elétricas para o solo em seres vivos bípedes raramente originam uma situação de morte, uma vez que a parcela de corrente elétrica é pequena (linhas equipotenciais próximas), já nos seres vivos quadrúpedes geralmente é fatal (linhas equipotenciais distantes), já que existe uma maior diferença de potencial, logo uma maior intensidade de corrente.

Figura 3 - Diferença de Tensão de Passo entre um indivíduo e um ser vivo quadrúpede

    Na verdade, o principal risco associado ao escoamento de corrente elétrica para o solo é o risco de eletrocussão, sendo que a probabilidade de se observar esse risco resultará da ocorrência simultânea de um conjunto de acontecimentos aleatórios: ocorrência de um defeito, a presença no local de seres humanos ou outros animais, e a criação de uma diferença de potencial que dê origem a uma corrente eléctrica que circule através do corpo. 2 O risco de eletrocussão está diretamente ligado à corrente que atravessa o corpo. Os principais parâmetros a considerar, são:

- A amplitude e a duração da aplicação da corrente;

- O trajeto seguido pela corrente, e assim, dos pontos de aplicação da tensão;

- O valor das impedâncias encontradas. 

     Prevenção e Segurança:

    Apesar da impossibilidade de determinar a ocorrência de uma descarga elétrica no solo, é imperativo a implementação de medidas de prevenção e segurança tendo por objetivo não só a proteção de instalações/equipamentos mas fundamentalmente a proteção dos indivíduos. Em todas as intervenções elétricas deverão ser adotadas medidas preventivas de controlo do risco elétrico e de outros riscos adicionais, mediante técnicas de análise de risco, de forma a garantir a saúde e segurança dos trabalhadores, sendo que os mesmos deverão estar cientes dos riscos a que estão expostos seguindo todos os procedimentos de segurança e utilizando os Equipamentos de Proteção Individual (EPI´s) que lhes são fornecidos. Paralelamente, deverão esquemas unifilares atualizados das instalações elétricas com as especificações do sistema de aterramento e demais equipamentos e dispositivos de proteção. 2

   Seguidamente irei especificar duas outras medidas de segurança extremamente importantes.

     . Tensões máximas aplicadas ao ser humano:

    Todas as instalações elétricas terão de dispor de uma proteção ou instalação de terra projetada de forma a que em qualquer ponto normalmente acessível do interior ou exterior da mesma onde as pessoas possam permanecer ou circular, estas fiquem submetidas, no máximo, à tensão de contacto (diferença de potencial entre uma estrutura metálica ligada à terra e um ponto na superfície do solo a uma distância igual à distância horizontal máxima normal a que esta se pode tocar, aproximadamente 1 metro) e à tensão de passo, durante qualquer defeito na instalação elétrica ou na rede a ela ligada, resultante dos cálculos a efetuar. Assim, o projetista da instalação de terra deverá comprovar mediante a utilização de um procedimento de cálculo que os valores das tensões de contacto e de passo, para a instalação projetada em função da geometria da mesma, da corrente de terra considerada e da resistividade correspondente do solo, não superem nas condições mais desfavoráveis calculadas pelas expressões constantes do documento normativo adaptado (HD 637 S1:1999 da CENELEC ), em nenhuma zona do terreno afetada pela instalação de terra.

     Desta forma, deverão existir circuitos de terra, circuitos estes constituídos por condutores e elétrodos de terra, permitindo a ligação à terra e consequentemente o escoamento para a o interior do solo das correntes de defeito provocadas por situações de curto-circuito à terra, correntes de choque atmosférico e correntes de outras origens, tendo como principais objetivos:

 . A segurança dos indivíduos;

 . A integridade dos equipamentos;

 . Proteção contra uma situação de potencial incêndio;

 . Proteção do equipamento eletrónico;

 . Criação de um potencial de referência.

Assim, a ligação à terra possibilita conduzir correntes à terra

    A título de exemplo, apresentarei em seguida duas situações distintas que demonstram na prática a importância da ligação à terra.

1ª Situação

2ª Situação

    Se um aparelho elétrico por qualquer razão se quebra ou sofre qualquer tipo de anomalia e não se encontra ligado à terra, a caixa metálica do mesmo fica carregada eletricamente e o indivíduo ao tocar nela tem a conhecida sensação de choque elétrico, uma vez que o corpo do indivíduo, sendo condutor, fecha o circuito e permite a descarga do aparelho para a terra, podendo acarretar riscos para a saúde (1ª Situação). Em contrapartida, caso esteja garantida uma adequada ligação à terra (através da tomada de 3 pernos), a descarga processa-se através dela e não existindo perigo de choque elétrico (2ª Situação).

Figura 4 - Exemplo de uma ligação à terra numa habitação

    . Prescrições relativamente ao dimensionamento das redes de terra:

    O dimensionamento das redes de terra, isto é, conjunto de condutores enterrados no solo, interligados com o objetivo de promover um aterramento comum aos equipamentos elétricos, far-se-á de forma a que não se produzam aquecimentos que possam deteriorar as suas características e será obtido em função da intensidade de corrente que, em caso de ocorrência de um defeito, circula através da rede de terra e do tempo de duração do defeito. Os elétrodos e restantes elementos metálicos deverão ter uma constituição adequada permitindo resistir à corrosão que os agentes químicos existentes no solo irão exercer sobre eles durante toda a vida útil da instalação. 2
  É de salientar que, deverão também ter-se em conta as possíveis variações das caraterísticas do solo em épocas secas e depois de estar sujeito a elevadas correntes de defeito, já que a conceção básica de uma rede de terra está diretamente ligada com a resistividade elétrica do terreno, pois a corrente elétrica efetua o seu percurso pelo caminho que lhe oferece uma menor resistência elétrica.
 

     De forma a determinar o impacto que as descargas atmosféricas têm sobre a qualidade da energia elétrica distribuída aos consumidores, foi realizado em 2009 um estudo no Brasil porparte da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). 3 A qualidade e a confiabilidade da distribuição da energia elétrica aos seus consumidores estão diretamente associadas ao fornecimento de energia elétrica de forma contínua, ininterrupta e sem perturbações/interrupções momentâneas significativas. Porém, diversos fatores influenciam esses índices de qualidade, tais como o desempenho dos sistemas face a descargas atmosféricas, a configuração das redes, as caraterísticas de operação do sistema, entre outros. Fenómenos estes que apesar de serem aleatórios ou intrínsecos, causam alterações no sistema elétrico, deteriorando a qualidade do fornecimento de energia elétrica ao consumidor residencial e industrial. 4 A maioria dos cortes acidentais ocorridos nas  redes de distribuição de energia elétrica são provocados por descargas atmosféricas diretas ou indiretas, muitas vezes acarretando danos de  proporções elevadas nomeadamente: queima de transformadores, danos em pára-raios, rompimento de condutores de alta tensão/baixa tensão, entre outros.
    A ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) 5, constitui a entidade nacional brasileira responsável por estabelecer os dispositivos e as condições relativas aos níveis de continuidade, fornecimento, níveis de tensão e ao levantamento dos danos causados aos equipamentos elétricos nas unidades consumidoras, definindo índices de qualidade de forma a especificar a qualidade e continuidade no fornecimento de energia elétrica aos consumidores, como por exemplo o DEC – Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (expresso em horas).

   Para a realização do presente estudo, foi efetuado um registo relativamente às descargas atmosféricas ocorridas nos anos de 2003 a 2007 no Brasil e a sua respetiva duração, tendo sido realizado simultaneamente um levantamento no que diz respeito à duração das interrupções do fornecimento de energia elétrica verificadas aquando da ocorrência das descargas atmosféricas referidas anteriormente. Em seguida, irei apresentar um gráfico referente à duração das descargas atmosféricas ocorridas em 2003-2007, e à duração das interrupções de energia elétrica ocorridas durante o mesmo período.

Figura 5 - Duração das Descargas Atmosféricas/Duração Equivalente das Interrupções por Unidade Consumidora (DEC) de 2003 a 2007 

     Através da análise do presente gráfico é possível concluir nos anos apresentados sempre que ocorreu uma descarga atmosférica foram originadas interrupções no fornecimento de energia elétrica nos consumidores, sendo que existe existe uma grande diferença relativamente ao tempo de duração das descargas atmosféricas e o tempo de duração das interrupções verificadas (DEC total), a duração das interrupções em todos os anos é significativamente maior que a duração das descargas o que vem demonstrar a complexidade e a dificuldade por parte das empresas de distribuição de energia elétrica em repor de forma adequada e eficaz o fornecimento de energia no mais curto espaço de tempo possível. Paralelamente, verifica-se que no período de tempo de 2003 a 2007 o DEC total permaneceu acima da meta pré-estabelecida pela ANEEL (DEC Meta), sendo que as descargas atmosféricas representam cerca de 35,75% do total das causas que contribuíram para o aumento do DEC total. 3
    É de referir que as descargas atmosféricas geram um enorme prejuízo financeiro para as distribuidoras de energia elétrica, pois causam danos nos equipamentos ao longo de todo o circuito, danificam os equipamentos elétricos dos consumidores, provocando também alguma insatisfação por parte dos consumidores uma vez as constantes interrupções acidentais no fornecimento de energia elétrica têm repercussões negativas na imagem da organização, pois a imagem é a representação contínua da organização em toda a sua dimensão espacial e quando ocorrem danos aos consumidores a imagem fica afetada. 6 Para concluir, torna-se necessário que todas as empresas responsáveis pela distribuição de energia elétrica elaborem um planeamento a curto, médio e longo prazo de manutenção preventiva no sentido de minimizar os impactos causados pelas descargas atmosféricas.


Fontes Bibliográficas:
1- EDP Distribuição - Validação da rede geral de terra de subestações AT/MT pelo controlo das tensões de contacto e de passo, Fevereiro 2007;
2- Pinto, E. Projeto, Melhoria e Medições de Terras, Janeiro 2003;
3- UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná: Avaliação do Impacto das Descargas Atmosféricas na Qualidade da Energia fornecida pelas Concessionárias, Dezembro 2009;
4- Alves, M. Análise da qualidade de energia elétrica: metodologia de caso exemplo, Setembro, 1999;
5- ANNEL - Agência Nacional de Energia Elétrica - Resolução nº 61, de 29 de Abril de 2004 - Estabelece as disposições relativas ao levantamento de danos elétricos em equipamentos elétricos instalados nas unidade consumidoras, causados por perturbações ocorridas no sistema elétrico.Brasília, Abril 2004;
6- Leitão, J. Impactos económicos causados pelos distúrbios na rede básica de energia elétrica. São Paulo, Setembro 2002.

Até Breve!

Ana Machado